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Ethernet-Stecker: Miniaturisierung ist angesagt

Der Weg in der Automation führt hin zu einem durchgängigen Ethernet-System von der Cloud bis in die letzten Winkel der industriellen Produktion. Das erfordert eine geeignete Infrastruktur, die aufgrund immer kleiner ­werdender Endgeräte schrumpfen muss. – Drei Beispiele.

Kabel Bildquelle: © Harting

Die Anforderungen an die Synapsen der Industrie von morgen sind klar vorgezeichnet: Die Geräteschnittstellen müssen kleiner, leistungsfähiger und gleichzeitig robuster werden. Bisheriger Inbegriff der Ethernet-Schnittstelle in IP20-Umgebung ist der RJ45-Steckverbinder. Dieser weltweit am meisten verwendete Steckverbinder ist überall präsent und wird von den Anwendern daher sehr geschätzt. In Anbetracht der mangelhaften Robustheit durch gebrochene Verrastungshebel oder gelegentliche Kontaktprobleme verbindet viele Anwender allerdings eher eine Hassliebe mit dem RJ45. Mit Blick auf immer kleiner werdende Geräte beschränkt die Baugröße des RJ45 zudem die mögliche Miniaturisierung.

Vor diesem Hintergrund ist Harting mit dem japanischen Unternehmen Hirose Electric eine Kooperation eingegangen mit dem Ziel, die Miniaturisierung von Komponenten und Schnittstellen in der Verbindungstechnik voranzutreiben. Herausgekommen ist dabei der sogenannte ‚ix Industrial‘. Die bei diesem neuen Steckverbinder-Konzept im Vergleich zum RJ45 um 70 % verringerte Baugröße der Buchsen erlaubt Geräteherstellern einen Einsatz in wesentlich kleineren Geräten. Das können immer weiter schrumpfende Kamerasysteme sein, an denen eine herkömmliche RJ45-Buchse schon den meisten Platz im Gehäuse einnimmt, oder auch Steuereinheiten und kleine Industriecomputer, Switches, WLAN-Access-Points, Router und anderen Netzwerk-Komponenten.

RJ45-Stecker im Vergleich zum ix-Industrial-Konzept Bildquelle: © Harting

Im Vergleich zum RJ45 ist die Baugröße der Buchsen beim ix-Industrial-Konzept um 70 % geschrumpft.

Für die Geräte-Integration steht eine kleine aber dennoch robuste Buchse mit fünf THR-Schirmkontakten auf der Leiterplatte bereit. Die Datenkontakte sind als SMD-Kontakte ausgeführt. Das Rastermaß zwischen den Buchsen liegt bei gerade einmal 10 mm. In absehbarer Zeit wird es die Buchse auch in einer flachen gewinkelten Bauform für sehr flache Geräte geben, und selbst Wanddurchführungen werden perspektivisch in das ix-Portfolio aufgenommen.

Da sowohl Komponenten als auch die Gehäuse der Systeme stetig schrumpfen, ist der Platz für die Verkabelung entsprechend begrenzt. Folglich wurden für ix Industrial zudem flexible und dünne Systemkabel mit kleinem Biegeradius konzipiert. Diese sind beidseitig mit dem ix-Steckgesicht oder gemischt mit ix- und RJ45-Steckverbinder aus­geführt. Die dritte Variante ist auf einer Seite mit einem X-codierten M12 ver­sehen.

Neue Ethernet-Schnittstelle Bildquelle: © Harting

Mit dem Ziel, den ix-Industrial her­stellerübergreifend zu einem Standard zu machen, haben Hirose und Harting die neue Ethernet-Schnittstelle in der bereits veröffentlichten IEC/PAS 61076-3-124 offengelegt und genormt.

Kleiner wird in der Regel mit filigraner, feiner aber auch empfindlicher gleichgesetzt. Da aber genau diese, im industriellen Umfeld negativen Eigenschaften beim RJ45 häufiger zu Problemen geführt haben, ist der ix Industrial deutlich robuster konstruiert. Die Steckverbinder verfügen über eine stabile Verrastung über zwei Metallhaken, die eine absolut sichere und vibrationsfeste Verbindung vom Kabel bis auf die Leiterplatte garantieren. Damit sind sie für industrielle Anwendungen ebenso geeignet, wie für Anwendungen in der Bahn, in der Robotik und überall sonst, wo hohe mechanische Belastungen auftreten. Um außerdem die auf das Kabel wirkenden Kräfte abzufangen, wurde schließlich eine Zugentlastung realisiert, die ausgehend von den fünf THR-Schirmkontakten über die zwei Rasthaken in der Steckstelle bis zum Kabel eine absolut robuste Verbindung eingeht.

In Zeiten von immer mehr Datenlieferanten spielen nicht zuletzt Übertragungsbandbreiten eine wesentliche Rolle. Eine hochfrequente Übertragung ist stets dem Problem von Störeinflüssen ausgesetzt. Dem setzt Harting eine durchgehende 360°-Schirmung entgegen. Das heißt: Vom Kabel bis zur Verbindungsstelle gibt es keine ungeschützten Adern mehr, die ein fehlerfreies hochfrequentes Signal beeinflussen können. Der Kabelschirm wird mit dem gecrimpten Ring direkt am Steckverbindergehäuse verpresst und hat damit eine Zugentlastung und eine durchgehende Schirmübergabe. Eine besondere Herausforderung bei dieser kleinen Bauform mit sehr nah beieinanderliegenden Kontakten besteht darin, das Übersprechen zwischen den einzelnen Datenpaaren wirksam zu minimieren. Dazu ist zwischen den beiden Kontaktreihen in der Buchse ein Schirmblech ‚versteckt‘, das das Übersprechen zwischen den beiden gegenüberliegenden Kontaktreihen verhindert.

Weiterhin besitzt der ix Industrial nicht acht, sondern zehn Kontakte. In jeder Kontaktreihe dient der mittige Kontakt als Abschirmung zwischen den beiden Adernpaaren. Dazu wird dieser Mittelkontakt auf der Leiterplatte mit dem Massepotenzial verbunden. Durch das Schirmblech und die geerdeten Kontakte ergibt sich in der Anordnung der signalführenden Kontakte eine ähnliche Anordnung wie bei einem x-codierten M12-Rundsteckverbinder. Jedes Adernpaar liegt gut gegen seine Nachbarn abgeschirmt in einem eigenen Kabel- beziehungsweise Steckverbinder-Quadranten.